能源是人类赖以生存和发展的重要基础,在当前化石能源短缺,能源使用量急剧增加的背景下,提高能源的利用效率、加强能源的综合利用、促进可再生能源的规模化应用是实现能源可持续发展的必经之路。随着能源系统的不断发展,人们发现不同形式能源之间的协同优化调度有利于实现能源的高效利用。综合能源系统作为新一代能源利用方式,能充分发挥不同能流之间优势互补的特性,实现能源在源-网-荷-储不同环节之间的协同高效利用,减少温室气体的排放,实现较高的经济效益和环境效益。目前关于综合能源系统的通用建模工具纷繁复杂,涉及机理建模、区域物理-经济联合仿真、信息网络与通信仿真工具等,但是其重点多关注电力系统分析需求,电力之外的系统环节被大大简化。热力系统的建模、电力系统与非电力系统的耦合以及热能的输运特性仍有待深入研究。本文结合当前的研究成果针对研究不足,为探索能源利用的新途径进行区域综合能源系统的相关建模和理论分析研究。在综合能源系统的能源设备建模方面,为了弥补热力系统建模薄弱的问题,本文采用Simulink建模工具和Thermolib热力学仿真工具包,搭建了热力系统和电力系统的动态模型,组成电-热多能源子系统的精细化模型。综合能源系统中,不同子系统的物理特性不同,具有差异显著的动态过程,在不同的时间尺度上变化。电力系统的惯性小、调节快,系统动态响应在微秒尺度就可以完成;而热力系统的惯性较大,对负荷、温度、压力等参数的响应较慢,系统的动态变化通常在分钟或小时级别。因此,不同系统在运行过程中存在较大差异,这造成了耦合后的综合系统仿真速度低,仿真计算效率低下的问题。针对此情况,本文在原有方法上进行改善,提出了一种不同时间尺度系统的耦合仿真方法,实现系统间耦合信息的交互,确保仿真准确性的前提下提高计算效率,有效解决了不同时间尺度下系统耦合问题。与现有的仿真方式相比本文所提出的方法在处理不同时间尺度的复杂多系统仿真上具有较大的优势和灵活性,尤其在面对由Thermolib热力学工具包所搭建的系统上具有较强的适用性和拓展性。在能量输运方面,本文结合电力传输线路推导其分布参数和集中参数电路等值模型,并对电力潮流计算方程进行总结;此外,为了研究热路中供热管网的物理特性和动态热力特性,本文以熵的输运为基础,对热能传输过程中的损耗和时延特性进行精确建模。基于传热规律和热力学定律提出温度-广义熵流模型,类比经典电路分析理论,以温度为强度量,熵流为广延量,建立热能传输的分布参数和集中参数模型电路等值模型。所得模型通过与热路供热流动的原始偏微分方程求解结果进行对比,验证了模型的正确性。另外,利用能量守恒定律和熵的不守恒原理,以熵为标度,衡量热网中热能传输过程中能量的数量与品质,研究热网中热能可用功率的变化情况,对热能在热网传输过程中的能量品质计算进行补充。